Biomolekuláris nanotechnológia Vonderviszt Ferenc PE MÜKKI Bio-Nanorendszerek Laboratórium
Az élő szervezetek példája azt mutatja, hogy a fehérjék és nukleinsavak kiválóan alkalmasak önszerveződő molekuláris gépezetek építésére! Legfontosabb jellemzők: önszerveződőképesség irányított molekuláris dinamika
Bio-nanotechnológia Az élő rendszerek molekuláris nanotechnológiát alkalmaznak! Kézenfekvő a biológiai makromolekulák nanotechnológiai alkalmazása A hatékony gyógyítás nélkülözhetetlen eleme a molekuláris szintű beavatkozás
A biológiai makromolekulák nanotechnológiai alkalmazása természetes fehérjék felhasználása (pl. antitestek, enzimek) fehérjék átformálása, új fehérjék/nukleinsavak előállítása Eszköztár: - molekulamodellezés és tervezés - irányított evolúció - génsebészet
Építkezés és érzékelés biológiai makromolekulák segítségével
Bioszenzorok Alapkövetelmények: szelektivitás, érzékenység, stabilitás A bioszenzorok felosztása: Működési elv szerint: katalitikus ill. affinitásos Detektálási mód alapján: optikai, elektrokémiai, termometrikus, tömegérzékeny (Chambers et al. (2008) Curr. Issues Mol. Biol. 10: 1-12)
Természetes felismerő molekulák Receptorok Enzimek Antitestek Lektinek DNS/RNS
Glükózszenzor (Xiao et al. (2003) Science 299:1877)
Mesterséges felismerő elemek Aptamerek Mesterséges kötőfehérjék Peptid-nukleinsavak Molekulalenyomatok
Aptamers - SELEX Funkcionális DNS/RNS molekulák előállítása irányított evolúcióval (Ellington & Szostak (1990) Nature 346, 818)
Aptamerek és antitestek összehasonlítása Aptamerek Antitestek Affinitás mm - nm (pm) nm - pm Specificitás magas magas Előállítás Célmolekulák választéka In vitro kémiai eljárással Széles: ionok, kis szerves molekulák, biológiai makromolekulák, sejtek In vivo biológiai rendszerekben Szűk: csak immunogén anyagok Kémiai módosíthatóság egyszerű korlátozott Hődenaturáció reverzibilis irreverzibilis Tárolhatóság korlátlan korlátozott
Aptamer szenzorok Molekuláris jeladók (Navani & Li (2006) Curr. Op. Chem. Biol. 10:272 281)
Mesterséges kötőfehérjék előállítása Mesterséges kötőfehérjék előállítása (Beste és mts. (1999) PNAS 96:1898)
Irányított evolúció: riboszóma és RNS display Sejtmentes in vitro expressziós rendszerek Tesztelhető DNS könyvtár mérete ~10 12-10 15 variáns (Amstutz et al. (2001) Curr. Op. Biotechnol. 12, 400-405)
Sztochasztikus NW-FET szenzor (Patolsky és mts. (2004) PNAS 101:14017)
Sztochasztikus NW-FET szenzor Vírusrészecskék egyedi detektálása (Patolsky és mts. (2004) PNAS 101:14017)
Építkezés biológiai makromolekulák segítségével
Kvantumpötty nanoméretű fémgömböcske mérettől függő elektromos és optikai Autulajdonságok E 1 R CdSe Különböző méretű arany nanogömböket tartalmazó oldatok.
Kvatumpöttyök előállítása fehérjék segítségével A ferritin fehérje térszerkezete
Fehérje-alapú rendezett kvantumpötty mintázat (Yamashita és mts., Panasonic Co.) mikroelektronikai alkalmazások
Beágyazott kvantumpöttyökön alapuló memóriaelem Gate BNP Electrode S Electrode D Electron/hole storage S G Channel D e Electron (hole) confinement in the nanodot array is controlled by the gate electrode voltage. Key structure 1Monolayer of homogenous nanodots with 2high density (10 12 /cm 2 or higher)
Ti-binding Ferritin genetic modification of ferritin surface BNP Ti-binding (a) ferritin 3.0 (nm) nm 0.0 Ti-specific affinitiy peptide 100nm (b) 100nm Kirimura et. al., Small (2006)
Fehérjekapszulák
DNS vázszerkezetek (Seeman és mts.; http://seemanlab4.ch em.nyu.edu)
DNS vázszerkezetek
Az élő rendszerek molekuláris nanotechnológiát alkalmaznak! A hatékony gyógyítás nélkülözhetetlen eleme a molekuláris szintű beavatkozás Nanomedicina A nanotechnológia alkalmazása betegségek megelőzésére, diagnosztizálására és gyógyítására.
Legfontosabb alkalmazási területek Nanoszenzorok Ható- és jelzőanyagok irányított célbajuttatása RNS és DNS terápiák Nanokapszulák és nanobevonatok Távirányítású biomolekulák Bio- és nanorobotok távvezérlésű hatóanyagok
Sejtszintű rákterápia nanorészecskékkel Funkcionális nanorészecske Módosított vírusrészecske Rexin G Dendrimer alapú funkcionális nanorészecske (Gordon & Hall (2010) Exp. Op. Biol. Ther. 10:819-832)
Rákterápia: Rexin-G http://vimeo.com/8320204
Köszönöm a figyelmet!